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'''Meteorologia física''' é a área da [[meteorologia]] que investiga os fenômenos [[atmosfera terrestre|atmosféricos]] do ponto de vista da física, descrevendo-os e explicando-os coma partir de teorias e da análise de dadosresultados experimentais de campo e laboratório. <ref>Wallace and Hobbs: Atmospheric Sciences (livro texto em inglês)</ref>
==Divisões didáticas==
Geralmente, os temas da meteorologia física são abordados em duas disciplinas complementares: (1) termodinãmicatermodinâmica da atmosfera e (2) Dinâmica de precipitação e microfísica de gotas e cristais.
A ''Termodinâmica da atmosfera'' estuda os processos termodinâmicos e a energética dos processos e escoamentos atmosféricos. Também estuda as transformações energéticas envolvidas no escoamento do [[ar]] atmosférico em diferentes escalas, por exemplo, em grande escala, estuda a energia potencial das [[massa de ar|massas de ar]] e em mesoescala, estuda a modificação das variáveis termodinâmicas, como [[temperatura]],[[pressão]], [[umidade do ar]] associadas ao deslocamento vertical das [[parcela de ar|parcelas de ar]] em escoamento na atmosfera.
A ''Termodinâmica da atmosfera'' estuda os processos termodiamicos e a energética dos processos atmosféricos.
A termodinâmica atmosférica estuda as transformações energéticas envolvidas na movimentação do [[ar]], no potencial energético de [[massa de ar|massas de ar]] em [[altitude]], além da [[temperatura]] da parcela de ar envolvida num fenômeno atmosférico. Além disso, a termodinâmica da atmosfera estuda os efeitos da [[condução térmicaconvecção]] entre(i.e. ado superfícietransporte eturbulento ade atmosferacalor, momento e tambémmassa) entre duasa massassuperfície dee ara comatmosfera. temperaturasContribui diferentes.para Ao entendimento do [[balanço de radiação]] e a[[balanço "misturade turbulhenta"energia]] tambématmosférico sãoe alvosda dosuperfície. estudoInvestiga destaos áreafenômenos dade meteorologia.mistura Nona entantoatmosfera, umdescrevendo-o dosdo principaisponto fenômenosde atmosféricosvista estudadosteórico pelae termodinâmicaexperimental. daTambém atmosferatem écomo aalvo os processo de liberação de [[entalpia de vaporização|calor latente]] dedevido massasà mudança de arfase da água na atmosfera [[humidadeumidade|umidasúmida]], emque altasocorre latitudes,durante principala fonteformaçao de energiagotas parae cristais de gelo nas nuvens em geral, e também a atividadeliberação de calor latente dentro de ciclones tropicais [[ciclone tropical|ciclones tropicais]] (furacões, tufões, etc).<ref>{{citar web|url=http://www.dca.iag.usp.br/www/material/adwgandu/agm-5716_2008/aulas/RESUMO_DE_TERMODINAMICA_DA_ATMOSFERA.pdf|titulo=Termodinâmica da atmosfera|obra=[[Universidade de São Paulo]] (USP)|formato=PDF|acessodata=29/08/2008}}</ref>
O estudo termodinâmico da atmosfera em geral considera a composição do ar e sua distribuição vertical, seus componentes, como gases e partículas. Além disso, os estudos se debruçam sobre as procpriedadespropriedades e dinâmica de parcelas de ar seco e de ar úmido, suas propriedades conservativas e sobre os efeitos da mudança de fase na dinâmica das parcelas. Para tal, estuda-se a chamada teoria da parcela (clássica e modifiacadamodificada). O papel do [[vapor de água]] é de fundamental importância na meteorologia. Conhecendo-se a [[umidade relativa]] do ar, ou seja, a quantidade de vapor de água contida na atmosfera em relação a quantidade máxima esperada na saturação, tem-se uma ieiaideia do potencial atmosférico para a ocorrência de [[precipitação (meteorologia)|chuvas]], uma vez que o vapor de água é como ochamado 'combustível' das [[tempestade]]s e de outras formas de precipitação (por exemplo, ''chuviscos'' ou ,''garoa'', orvalho).
A estrutura vertical da atmosfera é composta por diversas camadas com estrutura da estabilidade estática diferente, sendo que a [[troposfera]] é a mais proximapróxima da superfície (entre a superfície e aproximadamente 12 km). Dentro da troposfera, a [[temperatura]] média do ar diminui com a altura sobre a superfície, predominando difusão turbulenta e escoamento turbulento em sua porção inferior e dentro das nuvens de grande desenvolvimento vertical. E a cada nova camada na vertical da atmosfera, a estrutra do gradiente vertical de temperatura (isto é, o ''lapse rate'') se inverte. Por exemplo, na segunda grande camada, [[estratosfera]], a temperatura aumenta com a altura, predominando difusão molecular e escoamento laminar. A temperatura aumenta na estratosfera devido a presença da máxima concentração da camada de Ozônio na altura aproximada de 30 km, e o Ozônio absorve grande quantidade de radiação solar na faixa do ultra-violeta, provocando seu aquecimento. <ref> Wallace and Hobbs: Atmospheric Sciences (livro texto em inglês)</ref>
O curso de meteorologia física também trata com detalhes a dinâmica das nuvens, estudando a dinãmicadinâmica das forças que acabam definindo os diferentes tipos de nuvens e sistemas precipitantes. Uma dessas forças é o empuxo associado a presença de parcelas de ar quente e úmido, flutuantes em um ambiente atmosférico mais frio e seco. A força da gravidade, isto é o peso das parcelas, e as forças de arrstoarrasto aerodinãmicoaerodinâmico também são muito importantes. A convergência do escoamento horizontal do vento também tem um papel destacado na formação das tempestades, assim como a existência de potencial de liberação de energia potencial pela troposfera. As frentes estabelecem zonas particularmente favoráveis `formação de precipitação, sobretudo definindo estensas áreas de precipitação estratiforme, nas quais se encontra imersas pequenas áraes de formação de tempestades e chuvaradas.
Já a ''microfísica de gotas e cristais'' debruça-se no estudo dos processos de formação das gotículas de nuvens, gotas de chuva, cristais de gelo, [[granizo]] e outros ''hidrometeoros''. Esse estudo mostra a importância fundamental dos '''núcleos de condensação de nuvens''' (CCN, cloud condensation nuclei) e dos '''núcleos de condensação de gelo''' (ICN de ice condensation nuclei) para a formação de gotículas e microclistais de gelo.
==== Nuvens Cúmulos forçadas ====
[[Nuvens]] [[Cumulus|Cúmulos]] forçadas formam-se no topo da Camada de Mistura (CM) Convectiva e são formadas a partir de convecção [[térmica]], ou seja, transporte de calor por movimentos verticais do ar. Estas [[térmicas]] perdem o [[empuxo]] ao penetrar na Camada de transição entre a CM e a [[Atmosfera]] Livre.
Apesar da condensação de vapor de água no topo aquecer o ar por liberação de calor latente, o aquecimento resultante não é suficiente para prover um empuxo positivo para a parcela. Desta forma,
==== Nuvens Cúmulos ativas ====
[[Nuvens]] [[Cumulus|cúmulos]] ativas são nuvens de [[empuxo]] positivo. Primeiramente são impulsionadas por uma térmica ativadora original e desenvolvem circulações [[Convectivo|convectivas]] independentes, quase sempre atingindo maior profundidade do que as nuvens Cúmulos forçadas. ▼A nuvem ascende até seu Nível de convecção por levantamento (NCL) com empuxo positivo, atinge seu Nível de concecção ▼espontânea (NCE), e a partir deste nível, a ascenção da parcela de ar é espontânea e a nuvem continua o desenvolvimento ▼sob sua própria flutuabilidade (empuxo positivo e circulações próprias), até que alcance uma camada suficientemente [[Meteorologia|estável]] (ou [[Inversão térmica|inversão]] de altitude suficientemente forte). ▼Neste caso, as parcelas de ar na região do topo da nuvem apresentarão empuxo negativo freando a ascensão e o desenvolvimento da nuvem. ▼
▲[[Nuvens]] [[Cumulus|cúmulos]] ativas são nuvens de [[empuxo]] positivo. Primeiramente são impulsionadas por uma térmica ativadora original e desenvolvem circulações [[Convectivo|convectivas]] independentes, quase sempre atingindo maior profundidade do que as nuvens Cúmulos forçadas.
▲A nuvem ascende até seu Nível de convecçãoConvecção por levantamentoLevantamento (NCL) com empuxo positivo, atinge seu Nível de concecçãoConvecção
▲espontâneaEspontânea (NCE), e a partir deste nível, a ascençãoascensão da parcela de ar é espontânea e a nuvem continua o desenvolvimento
▲sob sua própria flutuabilidade (empuxo positivo e circulações próprias), até que alcance uma camada suficientemente [[Meteorologia|estável]] (ou uma [[Inversão térmica|inversão]] de altitude suficientemente forteintensa).
▲Neste caso, as parcelas de ar na região do topo da nuvem apresentarão empuxo negativo freando a ascensão e o desenvolvimento da nuvem além daquele nível vertical.
Esta classe de nuvens é chamada de “ativa”, pois a nuvem desenvolve circulações convectivas independentes da [[térmica]] ativadora, associada à liberação de [[calor latente]] e ao empuxo positivo resultante. Pode-se esperar que as nuvens ativas comuns sejam primeiramente impulsionadas por uma [[térmica]] original, e então evoluam para um estado onde uma corrente ascendente continuará mesmo após a térmica original ter-se exaurido.
Os topos da maioria das nuvens [[Cumulus|Cúmulos]] de bom tempo ativas encontram-se acima [[Camada limite atmosférica]] (CLA) convectiva. Portanto, este tipo de cúmulos pode retirar o ar poluído da CLA e depositá-lo mais alto na [[Atmosfera]] Livre (i.e. nos níveis médios da [[troposfera]]).
Estas nuvens são reconhecidas pela presença de uma base achatada, também são brancas e brilhantes, como as passivas. A Atmosfera livre é a parte da troposfera acima da Camada Limite Atmosférica, ou seja é a camada atmosférica onde predomina [[escoamento laminar]] (não turbulento), em geral acima de 1,5 km da superfície, não sensível ao ciclo diurno de aquecimento e resfriamento da superfície.
==== Nuvens Cúmulos passivas ====
[[Nuvens]] [[cumulus|cúmulos]] passivas são encontradas nos estágios finais das nuvens ativas e podem ser considerados como [[Dinâmica|dinamicamente]] ativas, pois às vezes há uma parcela de ar ascendente positivamente flutuante (com [[empuxo]] positivo) no topo da nuvem, embora a base da nuvem já tenha começado a evaporar e a desaparecer por entranhamento, que é a mistura de ar ambiente da atmosfera livre com o ar úmido e relativamente quente interno ao cúmulos. Boa parte desse entranhamento ocorre junto ao topo da nuvem e parte nas laterais da nuvem.
Boa parte desse entranhamento ocorre junto ao topo da nuvem e parte nas laterais da nuvem.
Este tipo de nuvem pode ser reconhecido pela ausência de uma base achatada e o aspecto rasgado ou esfarrapado da base destas nuvens (Cúmulos [[pannus]]) normalmente estão presentes nas bases de outras nuvens ativas na área, por exemplo, de um [[cumulonimbus]] ou de um [[Estratiforme|Nimbustratus]].<ref>Stull, R. B., 1984: A Fair-Weather Cumulus Cloud Classification Scheme for Mixed-Layer Studies.</ref><ref>A short Course in Cloud Physics, 3ª edição, R. R. Rogers & M. K. Yau</ref>
A designação “cumulonimbus”Cúmulo nimbus (Cb) resulta da união da palavra cúmulo, que significa montão, e nimbo, que significa nuvem de chuva. MuitasNa regiões tropicais da Terra, dependemcomo quasena totalmente'''Zona dasde nuvensConvergência cumulonimbusIntertropical''' para(ZCIT) a maior parte da precipitação (chuva) provem desse tipo de nuvem. Elas também apresentam um papel importante no ciclo energético e na circulação global da atmosfera pelouma seuvez eficienteque são muito eficientes no transporte de umidadevapor, etemperatura calorpotencial sensívelequivalente e latentepoluentes nasentre porçõesdiferentes superioresníveis da [[troposfera]], e inferioresmesmo da [[baixa estratosfera]]. Elas também afetam o saldo do balanço radiativo da troposfera. Além disso, influenciam a qualidade do ar e a química de precipitação. São facilmente encontradas na região tropical sobre os continentes, na faixa equatorial na ZCIT, e internamente na faixa de nuvens das frentes-frias, e em sua retaguarda.
; '''Características''' : ÈO Cb é uma nuvem densa,com gotas e cristais de grande desenvolvimento (grandes), apresenta grande extensão vertical (comparável a extensão da troposfera, 12 km ou mais nos trópicos) e tem forma de montanhauma enorme torre protuberante. Pode assumir a forma calva no qual o topo aparece como um domo ou a forma de uma bigorna, com uma enorme extensão superior lateral. Sua base, em geral é muitorelativamente escura. Crescem a partir de nuvens cúmulos ativos e têm o [[diâmetro]] da base entre os 500 m e os 2 km, otopo seu topoque pode atingir os 13 km ou mais de altura e sua [[turbulência]]circulação tridimensional chega a sentir-se num raio de 20 km ou mais. Ada suamesma, na forma de frentes de rajada, perturbações da campo de pressão com a formação demorade uma meso baixa e de uma meso alta, convergência e divergência do campo de vento superficial. Seu desenvolvimento total pode durar entre 4020 minutos e uma hora. POdem aparecer isoladas ou em grupo (''cluster''). A area de precipitação é menor que a área do Cb. Apresenta zonas internas com escoamento ascendente e descendente simultâneas durante seu estagio maduro.
: A formação desta começa com o desprendimento de uma parcela de ar aquecida pela radiação solar ou por algum tipo de mecanismo que a force a se elevar, como bloqueio por cadeias montanhosas, zonas frontais, frentes de brisa, mudança da rugosidade da superfície (mar-continente etc). EssaO vapor de água presente na parcela de ar úmido ao subir e atingir o seu ponto de saturação ou a sua temperatura dode [[ponto de orvalho]], no Nível de Condensação por Levantamento, se condensa, eliberando começana parcela o calor latente de condensação, de forma que a separcela formarfica umamais nuvemaquecida, cúmulosacelera na vertical e desenvolve a torre de nuvem que formaráse for muito ativa leva a cumulonimbusformação do Cúmulo nimbus. QuandoEnquando o ar no interior desta nuvem é mais quente do que o ar na vizinhança, estaa nuvem continua a crescer. A partir desse momento temos três estágios de evolução: '''Estágio Cumulus, Estágio Maduro e Estágio de Dissipação.'''
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